II REMOÇÃO DE FÓSFORO DE EFLUENTES DA PARBOILIZAÇÃO DE ARROZ POR ABSORÇÃO BIOLÓGICA ESTIMULADA EM REATOR RBS

Transcrição

1 II REMOÇÃO DE FÓSFORO DE EFLUENTES DA PARBOILIZAÇÃO DE ARROZ POR ABSORÇÃO BIOLÓGICA ESTIMULADA EM REATOR RBS Paulo Roberto Koetz (1) Engenheiro Químico pela Fundação Universidade do Rio Grande (FURG). Doutor em Ingenerie d anti pollution (INSA Toulouse França). Revalidado como Doutor em Saneamento e Recursos Hídricos (IPH UFRGS). Professor dos cursos de engenharia de alimentos e engenharia ambiental da Faculdade de Engenharia e Arquitetura da Universidade de Passo Fundo (UPF). Professor do programa de pós-graduação em Ciência e Tecnologia Agroindustrial da Universidade Federal de Pelotas (UFPEL). Osvaldo Luís Vieira Faria Engenheiro Químico pela Fundação Universidade do Rio Grande (FURG). Mestre em Ciência e Tecnologia Agroindustrial (DCTA UFPEL). Doutorando pelo programa de pós-graduação em Ciência e Tecnologia Agroindustrial da Universidade Federal de Pelotas (UFPEL). Professor dos cursos de ecologia e química ambiental da Escola de Ciências Ambientais da Universidade Católica de Pelotas (UCPel). Diretor da empresa Sanitec - Tecnologia em Controle de Poluição Pelotas RS. Endereço (1) : Rua Angélica Otto, 137,- Passo Fundo - RS - CEP Brasil - Tel: + 55 (54) R koetzpr@upf.br RESUMO O efluente do arroz parboilizado contém altas concentrações de fósforo. Um reator em batelada seqüencial (RBS) alimentado com efluente de reator UASB, operou com três fases anaeróbias e aeróbias e tempo de detenção de sólidos (TDS) de 25 d, 15 d, 10 d e 5 d e tempo de reação (tr) de 1 d, 2 d e 3 d com e sem a adição de ácido acético (HAc). O reator operou com o efluente do equalizador em duas fases tratando com TDS de cinco dias. A eficiência foi calculada pela relação entre a massa de fósforo suspenso descartada e a massa total alimentada. A maior eficiência (E = 17,29 %) foi obtida no experimento que operou com três fases anaeróbias e três fases aeróbias intercaladas, sendo a primeira fase anaeróbia de três horas e as demais fases com duração de quatro horas cada uma sem a adição de fonte externa de C. A operação com TDS menores obtém as maiores eficiências de remoção. PALAVRAS-CHAVE: Parboilizado, nutrientes, anaeróbio, aeróbio, SBR. INTRODUÇÃO O arroz parboilizado representa 25% do arroz industrializado no Brasil. A região sul tem produtividade média de 5 t.ha -1 em cultivo de terras baixas. A produção brasileira de grãos de arroz em 2004 está estimada em t (Brasil, 2004). O Rio Grande do Sul é responsável pela metade da produção nacional. A parboilização do arroz é o processo hidrotérmico, no qual o arroz em casca é imerso em água potável, com temperatura superior a 58 ºC, seguido de gelatinização parcial ou total do amido e de secagem. (BRASIL, 1988) O processo de parboilização gera quatro litros de efluente por quilo de arroz processado. Este efluente pode conter altas cargas de substâncias orgânicas e nutrientes como nitrogênio e fósforo. A concentração de fósforo neste efluente é de 100,0 mg.l -1 e o padrão legal de emissão é de 1,0 mg.l -1. O fósforo pode ser gerado pelos resíduos de adubação, defensivos agrícolas da hidrólise da fitina, substância presente nas cascas dos grãos que, hidrolisada no encharcamento, libera o fósforo como fosfato (BELITZ & GROSCH, 1988). A remoção biológica de fósforo envolve a sua incorporação na biomassa como material celular. A retirada de fósforo do sistema se dá através da purga da biomassa. O processo de remoção biológica de fósforo constituise de sistemas combinados de anaerobiose/aerobiose. O fósforo é liberado da célula das bactérias removedoras de fósforo, em meio anaeróbio, absorvendo carbono e transformando em polihidroxibutirato (PHB), que é armazenado no interior da célula. O PHB é liberado na forma de energia em meio aeróbio e o ortofosfato é então absorvido pela bactéria. (SEDLAK, 1991). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 O Reator em Batelada Seqüencial (RBS) é um tanque onde são realizadas operações em seqüência como: carga, reação (anaeróbia e/ou aeróbia), sedimentação/clarificação, descarga do decantado e descarte do lodo. Na remoção biológica de nutrientes, os ciclos são constituídos de fases que possuem condições anóxicas, anaeróbias e aeróbias (RANDAL et al., 1992). O objetivo do trabalho foi determinar o efeito do número de fases anaeróbias e aeróbias por ciclo de tratamento em batelada seqüencial, o efeito da adição de fonte externa de carbono e a influência do tempo de detenção celular na absorção biológica estimulada para remoção de fósforo. MATERIAIS E MÉTODOS O experimento foi realizado no Laboratório de Controle de Poluição (LCP-DCTA-FAEM-UFPEL). O Efluente foi proveniente de um reator UASB de uma indústria de parboilização. O reator em batelada seqüencial (RBS) foi construído em vidro borossilicato com 104 mm de diâmetro e volume total de 2,62 L, com dispositivos de alimentação e descarga, de agitação, de aeração e de controle de temperatura. Os tempos de carga, descarga, agitação e aeração foram controlados por um Controlador Lógico Programável (CLP) Siemens. A partida dos reatores foi feita com uma biomassa aeróbia proveniente de um reator RBS operando nas mesmas condições do experimento, com 3000 mg.l -1 de sólidos suspensos voláteis. O sistema foi operado a uma temperatura de 20ºC ± 5ºC. A concentração de oxigênio dissolvido foi de 5,8 mg.l -1. O tempo de detenção celular foi mantido pelo descarte da mistura e a duração de cada ciclo foi de 24 h. O ph da alimentação foi ajustado para 8,0. A alimentação, a mistura e a descarga foram analisadas duas vezes por semana para os seguintes parâmetros: Sólidos suspensos voláteis (SSV), fósforo total e fósforo solúvel. O balanço de massa foi elaborado de acordo com o esquema da Figura 1. Figura 1: Balanço de massa do RBS. P ta = Fósforo total na alimentação; P tf = Fósforo total na descarga; P s.d = Fósforo solúvel no descarte; P p.d = Fósforo suspenso no descarte; P s.o = Fósforo solúvel inicial no inóculo; P s.f = Fósforo solúvel final no inoculo; P b.o = Fósforo total inicial na biomassa; P b.f = Fósforo total final na biomassa; Vr = Volume do reator O balanço de massa foi feito de acordo com a seguinte equação: ΔP b = P t.a - ΔP s (P s.d + P p.d )- P t.f (1) Sendo: P t.a = Fósforo total na alimentação ΔP s = Variação de fósforo solúvel no inóculo ΔP b = Variação de fósforo na biomassa P s.d = Fósforo solúvel no descarte ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 P p.d = Fósforo suspenso no descarte P t.f = Fósforo total na descarga A eficiência de remoção foi calculada da seguinte forma p p. d E = x100 (2) p t. a O tempo de detenção celular foi calculado de acordo com a seguinte equação: = V r C θ Sendo: Vd C = Tempo de detenção celular V r = Volume do reator V d = Volume de mistura descartado EXPERIMENTO 1 O experimento 1 operou com dois ciclos. O primeiro (RBS 1) com três fases anaeróbias e três fases aeróbias intercaladas, sendo a primeira fase anaeróbia de três horas e as demais fases com duração de quatro horas cada uma (Figura 2). O segundo ciclo (RBS 2) teve uma fase anaeróbia de 9 h 30 min seguida de uma fase aeróbia de 13 h 30 min (Figura 3). O tempo de decantação foi de trinta minutos. O tempo de detenção da biomassa foi de 25 d. O decantado serviu como inoculo do ciclo seguinte. O reator operou sem a adição de fonte externa de carbono durante quarenta dias. A partir deste tempo de operação foi adicionado diariamente à alimentação o ácido acético como fonte de carbono na relação 10:1 AVT:P (m/m). Figuara 1: Fases de operação do reator seqüencial em três fases aeróbias. C = 25 d. Figura 2: Fases de operação do reator seqüencial em batelada (RBS) operando com uma fase anaeróbia e uma fase aeróbia. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 EXPERIMENTO 2 O experimento 2 operou com um ciclo constituído de três fases anaeróbias e três fases aeróbias em quatro tratamentos ( C = 5 d; 10 d; 15 d; 25 d). Foram monitorados os parâmetros: Oxigênio dissolvido, ph e temperatura. O tempo de decantação foi de trinta minutos. O decantado serviu como inoculo do ciclo seguinte. O ácido acético foi adicionado diariamente à alimentação na relação 10:1 AVT:P (m/m). Figura 3: Fases de operação do reator seqüencial em três fases aeróbias. C = 5 d, 10 d, 15 d e 25 d RESULTADOS E DISCUSSÃO O balanço de massa do experimento 1 em três fases anaeróbias e três fases aeróbias por ciclo sem a adição de ácido acético mostra que a quantidade de fósforo absorvida pela biomassa e descartada foi de 32,03 mg para uma alimentação de 189,31 mg de fósforo (E = 17,29 %). Com a adição do ácido acético a quantidade de fósforo descartada foi de 21,18 mg para uma alimentação de 221,2 mg de fósforo representando (E = 9,52 %). Fig. 6 e 7. Balanço de Massa de fósforo - RBS 1 s/hac Balanço de Massa de Fósforo - RBS 1 c//hac -3,51 mg -0,61 mg 32,03 mg 7,64 mg 15,70 mg 1,19 mg 21,18 mg 7,39 mg 153,76 mg 175,75 mg Figura 1: Balanço de massa do reator seqüencial em três fases aeróbias sem a adição de fonte externa de C. Figura 2: Balanço de massa do reator seqüencial em três fases aeróbias com a adição de fonte externa de C. O balanço de massa do experimento 1 em uma fase anaeróbia e uma fase aeróbia por ciclo sem a adição de ácido acético mostra que a quantidade de fósforo absorvida pela biomassa e descartada foi de 16,96 mg para uma alimentação de 192,92 mg de fósforo (E = 8,88 %). Com a adição do ácido acético a massa de fósforo descartada foi de 17,86 mg para uma alimentação de 221,2 mg de fósforo (E = 8,05 %). Fig. 8 e 9. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Balanço de massa de fósforo - RBS 2 s/ HaC 5,16 mg 1,76 mg 16,96 mg 7,70 mg Balanço de massa de fósforo - RBS 2 c/hac 28,28 mg 0,33 mg 17,86 mg 8,25 mg 161,35 mg 166,49 mg Figura 3: Balanço de massa do reator seqüencial em batelada (RBS) operando com uma fase anaeróbia e uma fase aeróbia sem a adição de fonte externa de C. Figura 4: Balanço de massa do reator seqüencial em batelada (RBS) operando com uma fase aeróbia e uma fase aeróbia com a adição de fonte externa de C. O balanço de massa do experimento 2 em três fases anaeróbias e três fases aeróbias por ciclo com C = 25 d, indica que a quantidade de fósforo absorvida pela biomassa e descartada foi de 1,40 mg para uma alimentação de 229,86 mg de fósforo (E = 0,60 %). A massa de fósforo absorvida pela biomassa e descartada para um C = 15 d, foi de 3,40 mg para uma alimentação de 229,86 mg de fósforo (E = 1,46 %). Fig. 10 e 11. Balanço de massa de fósforo - 25 d Balanço de massa de fósforo - 15 d 80,73 mg -3,87 mg 1,40 mg 16,76 mg 134,83 mg 71,51 mg 1,70 mg 3,40 mg 22,09 mg 131,16 mg Figura 5: Balanço de massa do reator seqüencial em três fases aeróbias e C = 25 d. Figura 6: Balanço de massa do reator seqüencial em três fases aeróbias e C = 15 d. A quantidade de fósforo absorvida pela biomassa e descartada para um C = 10 d, foi de 9,91 mg para uma alimentação de 168,60 mg de fósforo (E = 1,46 %). A massa de fósforo absorvida descartada com a biomassa para um C = 5 d, foi de 11,46 mg para uma alimentação de 168,60 mg de fósforo (E = 7,12 %). Fig. 12 e 13. Balanço de massa de fósforo 10 d Balanço de Massa de Fósforo - 5 d 49,26 mg 48,68 mg 76,22 mg -0,56 mg 9,91 mg 16,83 mg 93,15 mg -0,70 mg 11,46 mg 32,94 mg Figura 7: Balanço de massa do reator seqüencial em três fases aeróbias e C = 10 d. Figura 8: Balanço de massa do reator seqüencial em três fases aeróbias e C = 5 d. CONCLUSÕES O cálculo da eficiência de sistemas biológicos estimulados para remoção de P deve ser feito pela relação entre a massa de P suspenso descartada e a massa total de P alimentada. O cálculo usual de eficiência de remoção ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 que relaciona a diferença entre as concentrações de alimentação e descarga e a concentração de alimentação não representa com precisão a eficiência do processo. A maior eficiência (E = 17,29 %) foi obtida no experimento que operou com três fases anaeróbias e três fases aeróbias intercaladas, sendo a primeira fase anaeróbia de três horas e as demais fases com duração de quatro horas cada uma sem a adição de fonte externa de C. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. BRASIL. IBGE. Levantamento Sistemático da Produção Agrícola. Disponível em: Acesso em: 12 nov BRASIL. Ministério da Agricultura. Portaria Nº. 269, de 17 de novembro de Norma de classificação, embalagem e marcação do arroz. 3. RANDALL, C. W., BARNARD, J. L., STENSEL, H. D. Design and retrofit of wastewater treatment plants for biological nutrient removal. Lancaster: Technology Publishing p. 4. SEDLAK, R. Phosphorus and nitrogen removal from municipal wastwater. New York. Lewis p. 5. BELITZ, H. y GROSCH, W. Química de los alimentos. Zaragoza. Editorial Acribia. Espana p. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6